ARM嵌入式控制器應(yīng)用于印染設(shè)備監(jiān)控中

3 上位機(jī)和變頻器

　　PC機(jī)與變頻器的通信采用USS協(xié)議。該協(xié)議由SIEMENS AG定義，主要以RS-485總線方式將多臺(tái)西門子公司生產(chǎn)的變頻器、直流調(diào)速器或PLC等終端設(shè)備與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。USS協(xié)議是開放的，所以為用戶開發(fā)自己的基于該協(xié)議的軟件產(chǎn)品提供了可行性。這樣不僅有利于降低開發(fā)成本，而且能充分滿足特定項(xiàng)目的需要，方便日常的工控網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

　　USS協(xié)議支持多點(diǎn)聯(lián)接，支持主一從存取方式，用于單主站系統(tǒng)，最多可鏈接32個(gè)站。USS協(xié)議支持可變和固定報(bào)文長(zhǎng)度，報(bào)文格式簡(jiǎn)單，通信字符格式為：1位起始位、1位停止位、1位校驗(yàn)位、8位數(shù)據(jù)位，波特率最高可達(dá)18715Kbps。

　　圖2為變頻器MM440的通信報(bào)文結(jié)構(gòu)，對(duì)報(bào)文的具體字符含義不做過(guò)多解釋，強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)MM440支持BiCo（二進(jìn)制互聯(lián)連接）技術(shù)，用戶可更方便的對(duì)它進(jìn)行參數(shù)的控制。

圖2 變頻器通信報(bào)文結(jié)構(gòu)

　　在變頻器與PC機(jī)進(jìn)行485通信前，對(duì)于MM440的參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要。首先將所有參數(shù)復(fù)位到出廠設(shè)置：

　　P0010（調(diào)試參數(shù)過(guò)濾器）：30，表示為工廠的設(shè)定值；
　　P970（工廠復(fù)位）＝1，表示所有參數(shù)都復(fù)位到它們的缺省值；
　　設(shè)置參數(shù)：P0700（選擇命令源）＝5，表示C0M 鏈路的USS設(shè)置；
　　PIO00（頻率設(shè)定值的選擇）＝5，表示可通過(guò)USS對(duì)變頻器進(jìn)行控制；
　　P2010（USS波特率）＝6，表示通信波特率選9600；
　　P2011（USS地址號(hào)）＝1，表示變頻器1的地址為1；
　　P2009（USS規(guī)格化）＝1，表示數(shù)值是以絕對(duì)十進(jìn)制數(shù)的形式發(fā)送[即4000（十進(jìn)制）（＝0FA0hex）等于40.00Hz]；
　　P2012（USS協(xié)議的PZD（過(guò)程數(shù)據(jù)）長(zhǎng)度）：2，表示PZD傳輸?shù)氖强刂谱趾驮O(shè)定值，共2個(gè)；
　　P1013（USS協(xié)議的PKW 長(zhǎng)度）＝4，表示用4個(gè)字節(jié)讀寫各個(gè)參數(shù)的數(shù)值；
　　P2014（USS的停止傳輸時(shí)間（ms））＝X，表示允許用戶設(shè)定一個(gè)時(shí)間X，在經(jīng)過(guò)這個(gè)時(shí)間以后，如果USS通道接收不到報(bào)文，就將產(chǎn)生故障信號(hào)F07O。

　　上位機(jī)和變頻器通信采用VB6.0編程，程序編制上采用事件驅(qū)動(dòng)的通信方式。串口每接收16個(gè)字符便激活一個(gè)OnComm（）事件，在On-Comm（）消息處理函數(shù)中，加入相應(yīng)的處理代碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器參數(shù)的在線修改。

4 上位機(jī)和ARM

　　嵌入式控制器采用三星公司的32位微處理器S3C44B0，芯片的內(nèi)核是16／32位ARM7TDMI精簡(jiǎn)指令結(jié)構(gòu)處理器，是一種低功耗，通用微處理器內(nèi)核，特別適合于對(duì)價(jià)格比較敏感產(chǎn)品的設(shè)計(jì)[4]。S3C44B0芯片除了微處理器內(nèi)核外，在芯片中還集成了許多外圍設(shè)備，如8通道10位ADC，1個(gè)I2C-BUS控制器，LCD控制器，2通道UART。最重要的是它可以移植操作系統(tǒng)uClinux進(jìn)行管理。uClinux是一個(gè)優(yōu)秀的嵌入式操作系統(tǒng)，它很適合那些沒有MMU（Memory Management Unit）的處理器。沒有MMU 的處理器在嵌入式領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)普遍。針對(duì)uClinux內(nèi)核的二進(jìn)制代碼和源代碼都經(jīng)過(guò)重新編寫，以緊縮和裁剪基本的代碼。這就使uClinux和標(biāo)準(zhǔn)Linux 2.0內(nèi)核相比非常小，但它仍然保持了Linux操作系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)。

　　本系統(tǒng)中，我們用帶uClinux操作系統(tǒng)的S3C44BOX控制器，用它自帶的一路10位ADC，方便的對(duì)拉幅熱定型機(jī)的烘房溫度進(jìn)行較高精度的數(shù)據(jù)采集；通過(guò)I2C總線和外圍計(jì)數(shù)芯片實(shí)現(xiàn)兩路電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集。一個(gè)UART用作485總線接口，與PC機(jī)通信；一個(gè)LCD控制器直接接3.5寸的STN液晶器，方便觀察。由于uClinux本身已經(jīng)做好網(wǎng)絡(luò)的移植，本系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8019AS把嵌入式接入以太網(wǎng)，用戶可以通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)該控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　在拉幅熱定型機(jī)中，作為主傳動(dòng)，帶動(dòng)布鋏的主、從電機(jī)的線速度同步，是保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵，控制算法通常在PC機(jī)中完成，由于本系統(tǒng)采用32位微處理器，所以完全可以在作為下位機(jī)的ARM控制器中完成。PC機(jī)僅用于監(jiān)測(cè)和變頻器通信，大大減輕了負(fù)擔(dān)。而且S3C44B0具有很好的移植性，可以作為模塊方便的掛在485總線上。嵌入式控制器S3C44B0和PC機(jī)之間，我們定義了下面的收發(fā)協(xié)議，如圖3所示。其中命令包括復(fù)位命令和發(fā)送命令，若接收方在約定時(shí)間內(nèi)未收到發(fā)送命令幀，則發(fā)送復(fù)位幀，雙方回到通信程序的開始，清空緩沖區(qū)，然后重新同步，具體流程如圖4所示。

圖3 控制器和PC機(jī)通信協(xié)議